Расчет установки первичной переработки нефти

 

 

Таблица 6.10 – Результаты расчета (составы смесей)

 

№	XL	Мольный состав		Pi	Массовый состав		Tкр, К	Pкр, МПа
		жидкости, Xi	пара, Yi		жидкости, Xiм	пара, Yiм
1	0,000	0,000	0,000	8,058	0,000	0,000	274,2	0,10
2	0,000	0,000	0,000	2,465	0,000	0,000	274,2	0,10
3	1,0000	1,0000	1,0000	0,385	1,0000	1,0000	274,2	0,10
Сумма	1,0000	1,0000	1,0000		1,0000	1,0000

 

 

Если принятый состав флегмы близок или совпадает с расчетным, считается, что температура паров определена верно.

Температуру флегмы, поступающей в контур, принимаем с учетом температурного градиента на одну тарелку

 

,                                                  (6.15)

 

где tL, tG, tg – температура ввода сырья, паров и флегмы соответственно, °C;

 

.

 

7 Расчет теплового  баланса контура I

 

Тепловой баланс по контуру I составляем с целью проверки принятого состава флегмы.

Уравнение теплового баланса запишется следующим образом:

 

,                                      (7.1)

,                   (7.2)

 

где , , – количество тепла вносимое водяным паром, сырьем и флегмой, кДж/с;

QG, Qм, – количество тепла выносимое парами, остатком и водяным паром, кДж/с;

GL., Gg, GG, Gм, Gвп – количество сырья, орошения, паров, остатка и водяного пара соответственно, кг/с;

qL, qg, qG, qм, qвп, q'вп – теплосодержание указанных компонентов.

В низ колонны К-2 подается водяной пар давлением 0,4 МПа и с температурой 450 °C. Энтальпия при данных параметрах qвп = 3377,68 кДж/кг. Тогда количество тепла вносимое водяным паром

Из контура 1 водяной пар выводится со следующими характеристиками: давление водяного пара 0,17 МПа. Энтальпия водяного пара из контура 1 3084,2 кДж/кг, температура 305,01°C.

Теплосодержание сырья определяется по формуле

 

                                    (7.3)

где , – теплосодержание паров и жидкой фазы в отбензиненной нефти, кДж/кг.

= 932,27 кДж/кг.

Таблица 7.1 – Теплосодержание, температура и плотности компонентов

 

Показатели	Сырье, L		Флегма, g	Пары,G	Мазут, M
	Пар	Жидкость
Температура,0С	330	330	358,4	356,8	368,9
Плотность	0,791	0,888	0,847	0,847	0,918
Теплосодержание, кДж/кг	1058,3	786,1	892,8	1107,5	889,9

 

 

Тогда

 

       ,

 кДж/кг.

Разница между приходом и расходом составляет

 

.

 

Так как разница менее 5 %, то можно считать выбранное количество флегмы верным.

 

8 Расчет теплового  баланса основной колонны К-2

 

Результаты расчета теплового баланса сводим в таблицу 8.1.

Принимаем температуру орошения tо = 40 °С .

 

Керосиновая фракция (так как вниз отпарных колонн подается водяной пар, температуру отвода) принимаем на 30 °С ниже температуры вывода ее из К-2, tк = 210 – 30 = 170 °С), дизельная фракция (аналогично принимаем температуру отвода на 30 °С ниже,  tдт = 305 – 30 = 175 °С), мазут, водяной пар и дистиллят, количество которого определяется по формуле

 

Gд = Gб + Gо,                                                      (8.1)

 

где Gд, Gб, Gо – количество дистиллята, получаемой бензиновой фракции, орошения, кг/с.

 

Таким образом уравнение теплового баланса по контору  запишется следующим образом

 

,                                           (8.2)

,                                    (8.3)

 

где QL, Qвп, Qо – тепло привносимое в контур IV отбензиненной нефтью, водяным паром, орошение соответственно, кДж/с;

Qд, Qк, Q’вп, Qдт, Qм – тепло отводимое из контура IV дистиллятом, керосиновой фракцией, водяным паром, дизельной фракцией и мазутом соответственно, кДж/с;

Количество тепла рассчитываем по формуле

 

Q = q∙G,                                                         (8.4)

 

где Q – количество тепла привносимое или отводимое потоком, кДж/с;

      q – теплосодержание потока, кДж/кг;

      G – количество потока, кг/с.

Необходимые значения теплосодержаний для потоков рассчитываем по формулам (7.4, 7.5).

 

Таблица 8.1 – Результаты расчета теплового баланса по контуру 2

 

Наименование потоков	Количество кг/с	Плотность, r420	Температура t, °С	Энтальпия, кДж/кг	Количество тепла, кДж/с
Приход:
Отбенз. нефть	73,8	0,823	330	932,27	68792,7
Орошение	11,62	0,726	40	82,2	955,3
Вод. пар	1,956	-	450	3377,7	6606,7
Итого	87,4				76354,7
Расход:
Дистиллят	19,37	0,726	130,8	610,7	11828,9
Керосин	16,0	0,788	200	455,9	7297,6
Дизельное топливо	15,9	0,847	358,4	892,9	14209,5
Мазут	34,1	0,918	368,9	889,9	30365,4
Водяной пар	1,956	-	130,8	2734,6	5348,8
Итого	87,4				69050,2

 

 

Итак количество несбалансированного тепла

 

ΔQ = Qприхода. – Qрасхода. =76354,7 – 69050,2 = 7304,5 кДж/с.

 

Количество несбалансированного тепла отводится из контура промежуточным циркуляционным орошением (ПЦО).

 

Расчет количества циркулируемого орошения производим по следующей формуле

,                                             (8.5)

 

где ΔQ – количество несбалансированного тепла, кДж/с;

 – количество циркуляционного орошения, кг/с;

, – энтальпии потока при температуре вывода t1 и температуре ввода t2 соответственно, кДж/кг,

Принимаем количество несбалансированного тепла для керосиновой и дизельной фракции. Количество несбалансированного тепла отводится из контура промежуточным циркуляционным орошением (ПЦО). Принимаем число ПЦО=2;

t1к = 170 °C;

t2к = 100 °C.

t1дт = 328 °C;

t2дт = 100 °C.

 

Тогда по формуле (8.4) получаем

 

;

;

;

.

 

Подставляя полученные значения в (8.5) получаем

 

;

.

 

9 Расчет диаметра  колонны К-2

 

При расчете диаметра колонн выбирается зона, наиболее нагруженная по парам. При подаче острого верхнего орошения такой зоной является верх колонны. Диаметр колонны определяем в зависимости от максимального расхода паров и их допустимой скорости в свободном сечении колонны.

Определяем объем паров, проходящих за 1 секунду через сечение колонны по формуле

 

,                                (9.1)

 

где Т – температура верха колонны К-2, К;

Р – давление верха колонны К-2, МПа;

Gб – количество бензина, кг/с;

Go – количество орошения, кг/с;

Мб – молекулярная масса бензина;

 

.

 

Определяем допустимую скорость паров u, м/с, в колонне по формуле

 

,                                               (9.2)

 

где  К – коэффициент, зависящий от расстояния между тарелками и типа контактирующих устройств, К = 725;

rж – абсолютная плотность жидкости при температуре верха, кг/м3;

rп – абсолютная плотность пара при температуре верха, кг/м3.

Производим пересчет плотности жидкости при температуре верха по формуле

 

                                                  (9.3)

 

где r – абсолютная плотность жидкости при температуре 20 °С, кг/м3;

а – средняя температурная поправка плотности, а = 0,000897.

Тогда при температуре верха колонны К-2 получим

 

.

 

Абсолютная плотность паров при температуре t, °С, и давлении Р, МПа, определяется по уравнению

 

,                                           (9.4)

 

где Мсм – молекулярная масса паровой смеси.

В таблице 9.1 представлен расчет молекулярной массы паровой смеси дистиллята и водяного пара.

 

Таблица 9.1 – расчет мольных долей паров

Компонент	Количество паров, Gi, кг/с	Молекулярная масса, Мi	Число молей, Ni, моль/с	Мольные доли, Xi =Ni/SNi	Произведение Xi∙Mi
Дистиллят	19,37	96,0	0,2017	0,6817	65,4518
Водяной пар	1,696	18	0,0942	0,3183	5,7296
Сумма	21,06		0,2959	1,000	71,1813

 

 

Молекулярная масса паров определится по уравнению

 

Мсм = Σ(Xi∙Mi),                                                     (9.5)

Мсм = 71,3.

Тогда абсолютная плотность паров при температуре и давлении верха в К-2.

 

.

 

Подставляя найденные значения в формулу, для расчета допустимой скорости получим

 

.

 

Диаметр колонны определяем по формуле

 

,                                                     (9.6)

.

 

По ГОСТу принимаем диаметр колонны d = 3,08 м.

 

10 Расчет высоты  колонны К-2

 

Высота  колонны зависит от числа и типа ректификационных тарелок, а также расстояния между ними. На рисунке 10.1 показаны основные зоны колонны по высоте.

 

                  Рисунок 10.1 – Основные зоны колонны

 

Высоту от верхнего днища до первой ректификационной тарелки h1, м, принимают конструктивно равной половине  диаметра

 

.                                                      (10.1)

.

 

Высоту концентрационной части колонны h2, м, определяем по формуле

 

,                                                   (10.2)

 

где  n – число тарелок в концентрационной части колонны;

а – расстояние между тарелками, принимаем a = 0,6 м.

 

Высоту зоны питания h3, м, находят по формуле

 

.                                                       (10.3)